Релейная защита промышленного предприятия

 

8 Расчет защиты высоковольтного двигателя Д (Q29)

В общем случае электродвигатели промышленных предприятий  защищают при следующих повреждениях и ненормальных режимах:

- при междуфазных КЗ в обмотке статора и на ее выводах;

- при однофазных замыканиях  обмотки статора на землю;

-при перегрузке;

- при понижении или исчезновении  напряжения;

- при асинхронном режиме.

  Согласно ПУЭ для электродвигателей мощностью более 5 МВт в качестве защиты от междуфазных коротких замыканий применяется продольная дифференциальная защита без выдержки времени в двухфазном исполнении. Для двигателей мощностью менее 2 МВт применяется токовая отсечка с реле, включенном на разность токов двух фаз. Для двигателей 2 МВт и выше – токовая двухрелейная отсечка без выдержки времени.

 

8.1 Защита от междуфазных замыканий

 

Синхронный  двигатель подключен к шинам  РП-1. Номинальный ток двигателя  определяется по каталожным данным или  по формуле

                          ₍₁₄₃₎

где:   I_НОМ.ДВ - номинальный ток двигателя, А; Р_НОМ – номинальная мощность двигателя, кВт; U_НОМ - номинальное напряжение, кВ; cosφ - коэффициент мощности.

Выбирается  трансформатор тока. Выбираем трансформатор ТПЛ-10-50-У3-0.5/10Р Номинальный ток на первичной стороне I_ном.1=50А, номинальный ток на вторичной стороне I_ном.2 = 5 А.. Коэффициент трансформации

.                                                    (144)

Схема включения  – неполная звезда, поэтому К_сх = 1.

Ток срабатывания  токовой отсечки отстраивается 

1) от пускового  тока 

                     ₍₁₄₅₎

где: К_н = 1,4 – коэффициент надежности; К_п – кратность пускового тока 

 

2) от тока  небаланса 

                                        ₍₁₄₆₎

где: К_отс = 1,2 – коэффициент отстройки; I_нб΄ - ток небаланса, А.

Ток небаланса  определяется по формуле

,                  (147)

где: К_а – коэффициент, учитывающий воздействие апериодической составляющей на ток небаланса. К_а = 2, т.к. применяется обычное токовое реле;

К_одн = коэффициент однотипности, учитывающий сходство и различие трансформаторов тока; К_одн = 0,5; ε – допускаемая погрешность ТТ, ε = 0,1.

Принимается больший ток срабатывания защиты.

Определяется  коэффициент чувствительности защиты при двухфазном КЗ на шинах РП1

.                                (148)

Определяется  ток срабатывания реле

.                                (149)

Выбирается  реле с нужным диапазоном токов уставки и сумма уставок ΣQ. Выбирается реле РСТ 13-29. С пределом уставок от 15-60А.

.                             (150)

Выбираются  уставки кратные 0,2. Выбираем 1.2

Ток уставки реле I_уст

.                            (151)

Уточняется  ток срабатывания защиты

 

.                               (152)

8.2. Защита от замыканий на землю

Защита электродвигателей  мощностью до 2 МВт от однофазных замыканий должна предусматриваться  при величине емкостного тока 10 А и более. Ток замыкания на землю складывается из емкостного тока двигателя и емкостного тока кабельной линии.

Емкостный ток  фазы электродвигателя определяется по формуле

,           (153)

где: ω = 2πf - частота сети; U_ном.д - номинальное напряжение двигателя, В; С_дв – емкость двигателя.

Емкость фазы двигателя  (Ф/фаза) для неявнополюсных синхронных и асинхронных электродвигателей  с короткозамкнутым ротором определяется по каталожным данным из справочника  или по формуле

,(154)

где S_д.ном – номинальная мощность электродвигателя, МВА; U_ном – номинальное линейное напряжение, кВ,

 

Емкостный ток  кабельной линии, соединяющий двигатель  с шинами РП1

,                                    (155)

где: I_с0кл  - удельный емкостный ток кабеля; l_л8 – длина кабельной линии Л8.

                    ₍₁₅₆₎

где: С_Р – удельная емкость кабеля. Удельный емкостный ток однофазного замыкания на землю для кабеля  определяется:

                                                                       ₍₁₅₇₎

Суммарный ток замыкания на землю

                                        ₍₁₅₈₎

Защита отстраивается  от емкостного тока присоединения при  замыкании на землю на других присоединениях:

,                                      (159)

где: К_З = 1,2 – коэффициент запаса; К_б – коэффициент, учитывающий бросок емкостного тока.

К_б = 4-5 – для защиты без выдержки времени; К_б = 1,5-2 – для защиты с временем действия 1-  2с.

8.3. Защита от перегруза

Для защиты двигателя  от перегруза принимается  максимальная токовая защита с выдержкой  времени с использованием токового реле.

Номинальный ток двигателя

.                           (160)

 

Выбирается  трансформатор тока ТПЛ-10-50-У3-0,5/10Р. Номинальный ток на первичной стороне I_ном.1, номинальный ток на вторичной стороне I_ном.2 = 5 А.. Коэффициент трансформации

.                                                 (161)

Выбирается  схема включения и  К_сх

Определяется  ток срабатывания защиты:

                                 ₍₁₆₂₎

где: К_ОТС = 1,1 – коэффициент отстройки; К_В = 0,9 – коэффициент возврата реле.

Ток срабатывания реле

.                               (163)

Выбирается реле, определяется сумма  уставок и ток уставки.

Выбирается  реле с нужным диапазоном токов уставки. Выберем реле РСТ 13-19 , у которого ток срабатывания находится в пределах I_СР.Р = (1.5-6) А.

Сумма уставок ΣQ

.                              (164)

Выбираются  уставки кратные 0,2

Принимаем уставки 0, следовательно .

 

Ток уставки реле I_уст

.                           (165)

 

Время срабатывания защиты отстраивается от времени  пуска

 

                                      ₍₁₆₆₎

где: t_пуск– время самозапуска двигателя.

8.4. Защита от минимального напряжения

Защита выполняется  двухступенчатой. Первая ступень предназначена для облегчения самозапуска ответственных двигателей, вторая – для отключения части электродвигателей ответственных механизмов, самозапуск которых недопустим по условиям технологического процесса или по условиям безопасности. Напряжение срабатывания первой ступени защиты двигателя при понижении напряжения выбирается таким, чтобы обеспечивался замозапуск других более ответственных двигателей, т.е. 60-70% от U_ном. Напряжение срабатывания второй ступени – 50% от U_ном.

Для питания  реле минимального напряжения используются трансформаторы напряжения, которые устанавливают в распределительных пунктах для контроля и учета электроэнергии. Выбирается трансформатор напряжения. Выбираем трансформатор напряжения типа ЗНОЛ.06-10УЗ

Коэффициент трансформации 

,                                       (167)

где: U_2.ном. = 100 В – номинальное вторичное напряжение трансформатора.

Определяется  напряжение срабатывания первой ступени

,                       (168)

 

где: U_{min раб} = 0,7 U_ном.  – минимальное напряжение на шинах, которое не вредит технологическому процессу; К_В – коэффициент возврата статического реле РСН 16; К_ОТС – коэффициент отстройки.

Определяется  напряжение срабатывания реле первой ступени

                                                ₍₁₆₉₎

Принимается  к установке реле РСН, определяется сумма уставок.

Принимаем к  установке реле РСН 16/28, у которого напряжение срабатывания находится  в пределах U_СР.Р = (40-200) В

 

                                            ₍₁₇₀₎

Выбираются  уставки кратные 0,2

Принимаем уставки 0.4, следовательно .

Напряжение  уставки реле первой ступени

 

.                                  (171)

 

Время срабатывания первой ступени защиты минимального напряжения принимается равным t_CЗ¹= 0,5 с.

Аналогично  рассчитывается вторая ступень. Реле второй ступени включается во вторичную  цепь того же трансформатора напряжения, что и реле первой ступени.

Напряжение  срабатывания второй ступени защиты

 

                                     ₍₁₇₂₎

Напряжение  срабатывания реле второй ступени

 

                                              ₍₁₇₃₎

Принимается  к установке реле РСН, определяется сумма уставок и напряжение уставки реле второй ступени.

Принимаем к  установке реле РСН 16/28, у которого напряжение срабатывания находится  в пределах U_СР.Р = (40-200) В

 

                                           ₍₁₇₄₎

Выбираются  уставки кратные 0,2

Принимаем уставки 0, следовательно .

 

 

.                                     (175)

 

Время срабатывания второй ступени защиты минимального напряжения принимается равным t_CЗ¹¹= 10 с с помощью реле времени РВ-01.

8.5. Защита от асинхронного режима

Защита синхронных электродвигателей от асинхронного режима осуществляется с помощью  реле, реагирующего на увеличение тока в обмотке статора и выполняется часто при помощи токового реле с зависимой характеристикой, которое одновременно используется для защиты  от перегруза. Для СД с отношением короткого замыкания меньшим 1 применяется также совмещенная защита с независимой от тока выдержкой времени и током срабатывания

 

.                                    (176)

Выдержка  времени защиты выбирается из условия  отстройки от времени пуска и  принимается равной 8-10 с.

 

9. ВЫБОР ТРАНСФОРМАТОРА ТОКА ДЛЯ ВЫКЛЮЧАТЕЛЯ Q21

 

Необходимо  выбрать контрольный кабель во вторичных  цепях трансформатора тока, установленного около выключателя Q21. Выбранный трансформатор тока  ТФЗМ 35Б-І У1. Паспортные данные: I_1Н = 200 А, I_2Н = 5 А, класс точности 10Р, z_2ном = 1,2 Ом.

Расчетное сопротивление  нагрузки в схеме неполной звезды с двумя реле определяется выражением

,    (143)

 

где: r_ПР – сопротивление проводов, Ом;

z_р= 0,2 Ом – сопротивление реле;

r_КОНТ =0,05 Ом – сопротивление контактов.

Найдем  r_ПР при условии z_РАСЧ=z_2ном:

 

Ом (144)

Вычислим сечение кабеля

 

    (145)

 

где - удельное сопротивление меди.

Принимаем стандартное  сечение 1,5 мм²; марка кабеля КВБбШв: медный кабель с фазной и поясной изоляцией из ПВХ,  бронированный стальными лентами и заключенный в защитный шланг из ПВХ.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

 

В процессе работы были изучены методы расчета  предполагаемых аварийных режимов  электроустановок промышленного предприятия, изучены  методы расчета релейной защиты электрического оборудования промышленного  предприятия, приобретены навыки проектирования электрических схем релейной защиты и выбора оборудования для релейной защиты электроустановок промышленных предприятий.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

 

1 Правила устройства электроустановок. Все действующие разделы шестого  и седьмого изданий с изменениями  и дополнениями по состоянию  на 1 марта 2007г. – М.: КНОРУС, 2007. – 488с.

2 Андреев В.А. Релейная защита  и автоматика систем электроснабжения.–  М.:ВШ,2006.

3 Комиссаров Г.А., Харасов Х.К. Релейная защита в системах электроснабжения.- Челябинск: ЧГТУ, 1996.

4 Справочник по проектированию  электрических сетей. Под ред.  В. Л. Файбисовича – М.: НЦ  ЭНАС, 2005 – 320с.

 

 

Приложение А